Gerne führen wir Berechnungsdienstleistungen für Sie durch. Zu unserem Dienstleistungsspektrum gehören u.a. Festigkeitsnachweise bzw. Tragfähigkeitsnachweise nach verschiedenen Regelwerken, Finite-Elemente-Analysen begleitend zur Entwicklung und Optimierung Ihrer Produkte und vieles mehr! Bei Interesse sprechen Sie uns an! (Gerne stellen wir Ihnen nach einer Berechnungsdienstleistung die von uns aufgebauten FE-Modelle, in Form von Simulationstemplates, zur Verfügung. In Kombination mit der von uns eingesetzten Open-Source-Software Code_Aster können Sie dann z.B. unterschiedliche Varianten selbst analysieren und so die Kosten für wiederholte Berechnungsdienstleistungen einsparen.)

Wir arbeiten u.a. mit den Simulationsmethoden FEM, CFD und [E]MKS. Dabei verwenden wir ausschließlich Open-Source-Software und lassen aktuelle Forschungsergebnisse einfließen. So verwenden wir z.B. für Finite-Elemente-Analyse die Open-Source-Software Code_Aster. Sie besitzt in vielen Bereichen den gleichen Funktionsumfang wie die großen kommerziellen Softwarepakete. Der große Vorteil ist jedoch, dass für ihr Unternehmen keinerlei Lizenzkosten anfallen. Somit stellt Code_Aster eine qualitativ hochwertige aber auch kostengünstige Alternative für ihr Unternehmen dar. Weitere Informationen hierzu finden Sie hier. Auch wenn Sie überlegen von einer kommerziellen Software auf Code_Aster umzusteigen, beraten wir Sie gern.

Zur Simulation der meisten Produkte und Prozesse aus der industriellen Anwendung ist die bloße Modelldefinition nicht ausreichend. Nach Modellierung, Diskretisierung und Modelldefinition (z.B. in Code_Aster im COMM-File) müssen weitere Parameter definiert werden, um einen effizienten und zuverlässigen Ablauf der Simulation sicherzustellen. In den meisten Fällen ist zusätzlich eine Validierung der Simulationsergebnisse, mit einem geeigneten Versuch, zur Beurteilung der Ergebnisqualität zwingend erforderlich.

In vielen Fällen hat die Auswahl geeigneter Algorithmen einen entscheidenden Einfluss darauf ob die entsprechende Simulationsaufgabe in der industriellen Praxis in angemessener Zeit lösbar ist. Dies gilt in besonderem Maße für die Auswahl und Parametrisierung der Algorithmen für den nichtlinearen Kontakt und die zugehörigen Solver (Gleichungslöser).

Zwar wird zu diesem Thema in den Grundkursen der Hochschulen und auch in unseren Schulungen ein fundiertes Grundlagenwissen vermittelt, jedoch werden viele Entscheidungen auch auf Grundlage eines jahrelangen Erfahrungswissens getroffen. Einsteigern fällt es häufig schwer, die korrekten Einstellungen zu finden. Dies gilt aber auch für erfahrenere Anwender, wenn sie sich in neue Teilgebiete begeben. In vielen Fällen führt das Setzen falscher Einstellungen, zu langen Rechenzeiten, instabiler Numerik oder Abbrüchen. Häufig kann die numerische Simulation dann keinen sinnvollen Beitrag zur Produktentwicklung leisten.

Die gute Nachricht ist, dass die Parameter und Einstellungen für ähnliche Prozesse und Produkte meistens auch ähnlich, oder im besten Fall gleich sind. Das bedeutet, wenn z.B. für die Umformung eines Aluminiumblechs in einem Unternehmen einmal korrekte Simulationsparameter gefunden wurden, sind diese meist auf ein breites Spektrum ähnlicher Produkte bzw. Prozesse anwendbar.

Unser Erfahrungsschatz reicht von der Festigkeitsanalyse von Druckgeräten über die Simulation von Umformprozessen bis hin zur elastischen Mehrkörpersimulation von Werkzeugmaschinen und Fahrwerken. Gerne helfen wir Ihnen oder Ihren Berechnungsingenieuren mit all unseren Erfahrungen beim Aufbau oder der Optimierung ihrer Simulationsmodelle. Ein vorausschauender Ansatz hierfür kann z.B. sein, für alle relevanten Produkte und Prozesse, die Sie zukünftig simulieren wollen, optimale und validierte Benchmark-Modelle aufzubauen. So können Sie, wenn eine Simulation erforderlich ist, innerhalb minimaler Reaktionszeiten zuverlässige Ergebnisse produzieren.

Natürlich bieten wir Ihnen auch gern kurzfristige Lösungen an, oder führen Berechnungsdienstleistungen für sie durch. Bei Interesse sprechen Sie uns an!

Nachfolgend finden Sie eine kurze Zusammenfassung einiger aktueller Projekte, welche wir mit Code_Aster durchgeführt haben. [Die Videos wurden im Ogg-Video-File Format (*.ogv) aus PARAVIS exportiert und eingebettet. Sie lassen sich problemlos mit dem Firefox-Browser oder dem VLC media player abspielen. Bei einigen anderen Browser-Versionen (z.B. Microsoft Edge, Internet Explorer) können jedoch Probleme entstehen.]

 


Umformsimulation

Das Video zeigt das Benchmark-Modell einer Rohrumformung. In der zugehörigen industriellen Anwendung spielen ungleichmäßige Wanddicken und komplexe unsymmetrische Querschnitte eine große Rolle. Die Modellierung mit Schalenelementen und die Ausnutzung von Symmetrien ist nur in den seltensten Fällen möglich und wird deshalb auch im Benchmark-Modell nicht vollzogen. Dies führt zu einem hohen Freiheitsgrad und einer großen Kontaktfläche. Zusätzlich müssen in dem Modell die drei Nichtlinearitäten: Plastisches Materialverhalten, große Verformungen und nichtlinearer Kontakt berücksichtigt werden.

Abweichend von den Default-Einstellungen verwenden wir zur Kontaktdefinition den „generalized Newton algorithm“ mit der Option ADAPT_COEF=‘OUI‘, was zu einer erheblichen Verkürzung der Rechenzeiten führt. Die Verwendung der Penalty-Formulierung stellt einen guten Kompromiss zwischen Genauigkeit, Stabilität und Performance dar.

Für die Berechnungen haben wir eine parallele Code_Aster-Version mit OpenBLAS und PETSC kompiliert. Mit OpenBLAS können Matrix-Vektor-Operationen erheblich schneller als mit den verfügbaren  Standard-Modulen durchgeführt werden. Die Performance einer derartigen Code_Aster-Version wird somit erheblich gesteigert. Durch die Verwendung des effizienten iterativen Solvers PETSC mit der Newton-Krylov Methode konnte die Rechenzeit zusätzlich gesenkt werden. Weitere Informationen…

Im Vergleich zu den ersten Simulationsversuchen, welche vorwiegend mit Default-Werten durchgeführt wurden, konnten wir die Rechenzeit um den Faktor 50 reduzieren. Die Validierung des Modells wird in 2017 durchgeführt.


Blechumformung

Beim Aufbau des Benchmark-Modells zur Blechumformung haben sich die Erkenntnisse aus dem Modell zur Umformsimulation als hilfreich erwiesen. Dies ist ein gutes Beispiel für den oben beschriebenen Sachverhalt: Ähnliche Modelle erzielen in vielen Fällen mit gleichen oder ähnlichen Parametern eine optimale Performance. Bei dieser industriellen Anwendung ist eine hohe Genauigkeit für die Kontaktmodellierung erforderlich. Da jedoch alle Technischen Systeme entweder rotationssymmetrisch oder im ebenen Dehnungszustand modelliert werden können, haben die Modelle einen erheblich niedrigeren Freiheitsgrad als die vorgenannte Anwendung. Deshalb wird zur Kontaktmodellierung die Augmented-Lagrange-Methode verwendet. Diese führt zwar zu höheren Rechenzeiten, erzielt aber eine exzellente Ergebnisqualität. Die höheren Rechenzeiten werden hierbei durch den niedrigeren Freiheitsgrad ausgeglichen.


Lagermodellierung

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Im Rahmen der elastischen Mehrkörpersimulation, bei numerischen Modalanalysen und bei seismischen Berechnungen (harmonische Analyse im modalen Raum), werden Lager oder Schraubenköpfe häufig nicht geometrisch ausmodelliert, wie im linken Teil des Bildes. Üblicherweise wird ihr dynamisches Verhalten durch eine Zwangsbedingung zwischen einem Referenzpunkt und einer zugehörigen Kontaktfläche abgebildet. In herkömmlichen FE-Programmen steht hierfür derzeit entweder eine starre Bindung oder eine Kraftkopplung zur Verfügung. Die Möglichkeiten diese Zwangsbedingungen an die realen Lagereigenschaften anzupassen sind sehr begrenzt. Der resultierende Modellierungsfehler hat oft erheblichen Einfluss auf das dynamische Verhalten des Gesamtsystems. Derzeit existiert kein Element, welches das dynamische Verhalten eines Lagers zufriedenstellend zwischen Referenzknoten und Kontaktfläche abbilden kann. Das dynamische Verhalten wird hierbei meistens über je eine [6×6] Steifigkeits-, Massen- und Dämpfungsmatrix repräsentiert.

Ein derartiges Element ist für viele unserer Anwendungen von großer Bedeutung. Dies gilt in besonderem Maße für die Entwicklung unserer hauseigenen Simulationsumgebung zur elastischen Mehrkörpersimulation (FEM-MKS-Sim). Im Rahmen dieses Forschungsprojekts haben wir ein eigenes Element für diese Anwendung entwickelt. Das Element kann bereits in Code_Aster angewendet werden. Die Erprobung, Validierung und eine Veröffentlichung zu dem Thema sind für 2017 geplant. Falls Sie Bedarf haben, können Sie sich gern als Beta-Tester am Erprobungsprozess beteiligen. Sprechen Sie uns an!

Das Video zeigt eine Eigenschwingform eines Referenzmodells mit Gummilagern. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Lagersteifigkeit einen Einfluss auf das dynamische Verhalten haben muss!